CÁC LINH KIỆN NHIỂU CHUYỂN TIẾP P-N
6.6. THYRISTOR GTO (GATE TURN-OFF THYRISTOR)
Đó là một th yristo r mà các trạng thái khởi phát (O N ) và trạng thái khoá (O ff) có thể được điều khiển bởi thế tác động vào cực cửa G. Nó có tốc độ hoạt động rất nhanh, khởi phát nhờ các xung dương và khoá nhờ các xung âm tác động lên cùng một cực cửa G.
Chúng rất được ưa chuộng trong các hệ thống chuyển mạch tốc độ cao, công suất lớn. K ý hiệu, cấu tạo và sơ đồ tương đương của thyristor GTO cho trên hình (6.13). L in h kiện này được chế tạo nhờ m ột thiết bị cực kỳ chính xác để tạo ra các điện cực có khe và được pha tạp rất chính xác nhờ phuofng pháp cấy ion.
A (Anốt)
G (Cửa) p n p
n
a) K (Ca-tốt)
i
K
b)
a.
c)
Hình 6.13. a) Câu tạo; b) Ký hiệu và c) Sơ đồ tư ơng đương của T h y ris to r GTO.
95
6.6.1. Các đặc trư ng thuận
Khi dòng anôt còn nhỏ hơn đòng m ồi I I , GTO hoạt động như m ột tranzito cao thế có hệ số khuếch đại dòng tăng vớ i sự tăng của dòng anôt. GTO sẽ bị cấm nếu có dòng rò rất nhỏ chạy giữa anôt và catôt. Nếu dòng lưới lớn hơn giá trị m ồi IcT, thì GTO sẽ dẫn và giữa anôt và caiôt nó có sụt thế nhỏ. Nếu dòng anôt lớn hofn dòng m ồi II, thì G TO vẫn giữ nguyên trạng thái dẫn ngay cả khi dòng lư ới bị cắt. K h i thế lưới có giá trị âm, GTO bị cấm.
6.6.2. Các đặc trư n g ngược
Trong chế độ phân cực ngược, GTO tương đương một điện trở, không thể khoá bằng bấl kỳ một điện thế nào và cũng không cho phép một dòng điện có giá trị lớn chạy qua.
Để khoá GTO trong chế độ phân cực ngược, cực cửa âm so v ớ i catôt K ; k h i đó, một phần lỗ trống trong miền p bị hút vào cửa G; điều này ngăn cản điện tử phun từ catôt. V ì vậy, lỗ trống bị hút vào cửa G càng nhiều thì càng ngăn cản điện tử phun từ catôt chừng ấy.
Trong quá trình này, catôt K đưa chuyển tiếp J3 vào trạng thái phân cực ngược; kh i đó, thyristor GTO chuyển sang trạng thái đóng (O ff).
Bây g iờ ta dùng sơ đồ tương đương 6.13c để mô tả trạng thái đóng của GTO. Từ sơ đồ này, ta tính được;
I g = oCjIa - Ig o
Trong đó là hệ số khuếch đại dòng của tranzito , Ia là dòng anôt còn Iqx là dòng điện ngược chạy qua cửa G. Dòng điện Iq là dòng bazơ của tranzito T |. Rõ ràng là, kh i dòng IcTÍăng lên, thì dòng Ig giảm xuống.
M ặt khác, dòng tái hợp của điện tử ở trong lớp bazơ của tranzito T| được biểu thị bằng:
Irb “ ( 1 ■
Trong đó a, là hệ số khuếch đại dòng của tranzito T,; Ik là dòng catốt.
Từ sơ đồ, ta cũng tìm được m ối liên hệ giữa dòng anốt, catốt và đòng điều khiển ở cực cửa Igj là:
~ Ik + Igo
Để đưa thyristor GTO vào trạng thái "O ff", thì dòng Ig phải có giá trị nhỏ hơn dòng tái hợp Ikb- Từ đó, ta tìm được điều kiện đối với biên độ dòng điều khiển IcT để trạng thái này xảy ra là:
Ia
IgT ~ ( ^ 1 + Ct2 ■ ^)- a
Để điều kiện này dễ dàng được thực hiện, thì phải chế tạo các G TO có điện trở bazơ rất nhỏ; điểu này được thực hiện nhờ ghép các bazơ song song với nhau như trên sơ đồ hình 6.13d.
96
K
Ẳ
A
Hình 6.13d. cấu tạo thực tế của một thyristor GTO.
Ngoài ra, để dễ dạng thực hiện chế độ khóa
" O f f , người ta còn phải nối tiếp nó với một điốt như trong hình 6.14. Nếu cần một dòng ngược nào đấy, thì phải ghép đối song song GTO với một điốt (hình 6.14b). Việc lựa chọn các điốt này được xác định bởi dòng thuận trung bình If(av)>
dòng đỉnh lặp lại I PRM. thế đỉnh lặp lại VpRM- Đó cũng chính là thế của GTO.
Các loại GTO thường gặp có 6 0 0 - 800-1000V vớ i ỊựAV): 1 0 -1 5 - 25A, hoặc loại có
1000-1300-1500V và - 2,2 và 6,5A đóng trong vỏ dạng TO 220 có cánh toả nhiệt.
2 L
a)
Hinh 6.14. GTO trong ch ế độ ngược mắc thêm điốt.
a) Khoá ngược ; b) Dân ngược.
Loại 6,5A: Công suất cửa - catôt Pa(AV)' 2,5W, thế ở trạng thái dẫn V r : < 3V ; đV j/d t;
< 10kV/fis sau kh i trạng thái khoá và dV j/dt: < 1,5 kV/p,s sau trạng thái dẫn. Dòng ở trạng thỏi khoỏ Iò : < 3mA. Dũng m ồi một chiều I I : < 1,2A. Thế m ồi của cửa IòT : > 1,5V, dòiig mồi Ig-|. ; > 200mA. Thời gian xác lập t j ; < 0,25|as; t , : < l|as. Thời gian cắt t , : < 0,5^s ; t| : < 0,25|_IS.
Dòng anôt cực đại có th ể điều khiển được
GTO chịu được các đòng anôt trong trạng thái dẫn lẫn trạng thái khoá. Như vậy, một GTO với dòng trung bình 15A cho phép khóa một mạch điện có dòng điện tới 50A. Chỉ có một điều kiện là trong pha khọá, các tải có tính chất cảm ứng phải được hạn chế để đảm bảo chắc chắn sự tăng của thế anôt - catôt.
Dòng điện cần điều khiển càng lớn, thì dV /dt phải càng nhỏ. K h i dV /d t cố định, thì dòng sẽ tăng với thế âm của cửa. Điều này rất quan trọng và cho thấy rằng trở kháng cùa mạch điều khiển phải càng nhỏ càng tốt khi m,à GTO bị dập tắt.
Hiện nay, người ta đã sản xuất các loại GTO có các thông số:
: 600-800-1000V ; I 10-15-25A và
ằ DRM • u v / u — l u u u y , I X(AV) • v a
VpKM ; 1000-1300-1500V ; It(va) : 2,2 và 6,5A vỏ hộp T 0 2 2 0 có cánh toả nhiệt.
13.LKBD VI MACH A 97
Chương 7